好奇号在火星钻孔后发现了一些奇怪现象

由于碳元素是地球上所有生命的基础,所以在其他行星上发现碳总是让科学家兴奋不已。“好奇号”火星探测器在火星上发现了一种不寻常的化学元素组合,似乎指向火星存在生命的证据。

这不确定,但这是可能的,这是在盖尔陨石坑沉积物中可能发现的碳的三种不同场景之一。碳的收集工作从2012年8月开始,直至2021年7月,历时九年。

“好奇号”总共加热了24个岩石粉末样品,通过这种方式分离单个化学物质,揭示了碳12和碳13两种同位素组合之间的巨大差异:这两种稳定的碳同位素可以揭示碳循环随着时间的推移可能发生的变化。

这些变化之所以特别吸引人在于一些样本富含碳13,而在另一些样本中则极其匮乏。此发现揭示了火星碳循环发生的过程与地球存在显著的差异

宾夕法尼亚州立大学地球科学家克里斯托弗·豪斯(Christopher House)说:“我们太阳系中碳12与碳13总量在太阳系形成时就已经确定。”

由于两者都同时存在于一切物质中,同时碳12分解速度比碳13快,所以通过观察样本中不同碳元素的数量差异能够揭示碳循环过程。

一种解释是,太阳系形成之初包括早期的火星,穿越了一个含有气体和尘埃的星际云。科学家认为这种现象每1亿年左右会发生一次。这种星际云中含有碳12,与“好奇号”观测到的碳相当。尘埃可能阻挡了阳光,使火星深度冻结、形成冰川,阻止了宇宙尘埃中的碳12被其他碳源稀释。

另一种解释是通过非生物(非生命体)过程将二氧化碳转化成为了有机化合物(如甲醛)——在这种情况下,紫外线可能是触发因素。这是科学家们之前给出的解释,但还需要进一步研究以确认结论是否成立。

第三种解释是火星深处微生物以岩浆中较轻的碳为食,释放甲烷气体。然后,地表的其他微生物以排放的甲烷为食,进一步提高碳12含量,并在其死亡后将碳12固存。与其他两种可能性一样,我们需要更多证据才能确定,但​​地球上也存在一些相似之处。

“碳13极度贫化的样本与此前澳大利亚从27亿年前的沉积物中提取出的样本有些类似。这些样本是由古代微生物垫在消耗甲烷的生物活动形成的,但我们不能断言火星上也存在类似情况,因为火星在形成与组成上与地球存在着较大的差异。” House 说。

当然,好奇号的使命仍在继续。未来可能发现的微生物垫遗迹、大量的甲烷羽流或冰川痕迹将有助于科学家确定这三个解释哪种为正确答案。

不过,就目前而言,我们对火星及其历史的了解还不够,无法就这些碳特征是如何产生的得出准确结论。我们计划在一个月内在收集最多类似样本的地点进行进一步的钻探。

“毅力号”火星探测器最近也加入了“好奇号”,它计划将火星岩石送回地球,而不是在火星地表进行研究。预计这两位机器人探险家在未来几年会揭示更多有关火星的秘密。

这三种可能性都表明,火星上的碳循环过程不同于当下地球上的任何情况。

“但我们需要更多数据来弄清楚其中哪一个是正确的解释。我们在解释上很谨慎,这是学习另一个世界的最佳过程。” House 最后说到。(编译自 sciencealert )

小知识

碳以两种稳定的同位素形式存在:“轻”的碳—碳12和较“重”的碳13。由于碳13多了一个中子,形成的分子键会稍“坚固”一些。因此,生命进化中选择了更易分解的碳12。

生命活动产生的大多数有机分子也都富含碳12。例如,相比深海热液喷口排放的非生物甲烷,来自稻田的甲烷含有更多轻碳(碳12)。